Tính toán động học động lực học cấu trục khuỷu-thanh truyền với thông số cho trước

Khái quátKhi động cơ là việc, cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền CCTKTT nói riêng và động cơ nói chung chịu tác dụngcủa các lực nh lực khí thể, lực quán tính, trọng lực và lực ma sát.. Mục

đề bài: Tính toán động học và động lực học của cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền với các thông số cho trớc:

Loại xe

Các thông số

Khối lợng thanh truyền m tt (kg) 1.6

Góc mở sớm xuppáp nạp  1 () 10 o

Góc đóng muộn xuppáp nạp  2 ( o ) 40 o

Góc mở sớm xuppáp thải 3  ( o ) 50 o

Góc đóng muộn xuppáp thải  4 ( o ) 10 o

Bài làm:

Xác định vận tốc góc của động cơ:

 = Với n = 5400 (v/p)

  = = 565.2 (rad/s)

Xác định tham số kết cấu :

 = Trong đó: L = 230 (mm)

R = = = 52.5 (mm)

  = =

I Tính toán động học của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền

Nhiệm vụ chủ yếu của tính toán động học cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền là nghiên cứu quy luật chuyển động của pittong

1 Chuyển vị của pittong:

Sp = R*[(1 - cos) + (1 – cos(2*))]

Trong đó: Sp là độ chuyển vị của pittong

R là bán kính quay của trục khuỷu  là tham số kết cấu

Bảng giá trị của biểu thức: [(1 - cos) + *(1 – cos(2*))]

*sin2) 

Trong đó: v: vận tốc pittong (m/s)





 

Bảng giá trị biểu thức: (sin + *sin2)





 

Đồ thị biểu diễn vận tốc pittong

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

v p1

v p2

v p

độ v

3.Gia tốc pittong

Jp = R*2*(cos + cos2) Trong đó: Jp : gia tốc pittong Bảng các giá trị của biểu thức: (cos + cos2)





 

Đồ thị biểu diễn gia tốc

150

J p

J p1

J p

J p2

II Tính toán động lực học

1 Khái quát

Khi động cơ là việc, cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền (CCTKTT) nói riêng và động cơ nói chung chịu tác dụngcủa các lực nh lực khí thể, lực quán tính, trọng lực và lực ma sát khi tính toán động lực học, ta chỉ xét các lực có giá trị lớn là lực khí thể và lực quán tính

Mục đích của việc tính toán động lực học là xác định các lực do hợp lực của hai loại lực trên đây tác dụng lên CCTKTT và mô men do chính chúng sinh

ra để làm cơ sở cho việc tính toán cân bằng động cơ, tính toán sức bền của các chi tiết, nghiên cứu trạng thái mài mòn và tính toán dao động xoắn của hệ trục khuỷu

Việc khảo sát động lực học đợc dựa trên phơng pháp và quan điểm của cơ học lý thuyết Các lực và mô men trong tính toán động lực học đợc biểu diễn dới dạng hàm số của góc quay trục khuỷu  và quy ớc là pittong ở điểm chết trên thì

Về sau khi cần tính giá trị thực của các lực, ta nhân giá trị của áp suất với diện tích tiết diên ngang của đỉnh pittong

2 Dựng các đồ thị véctơ phụ tải

Đồ thị véctơ phụ tải là đồ thị biểu diễn sự tác dụng của các lực lên bề mặt làm việc ở các vị trí khác nhau trên trục khuỷu Các bề mặt làm việc quan trọng của động cơ gồm bề mặt chốt khuỷu, cổ trục, bạc, lót đầu to thanh truyền và bạc lót ổ trục

Đồ thị vectơ phụ tải dùng để:

Xác định phụ tải nhằm xem xét quy luật mài mòn bề mặt làm việc Xác định khu vực chịu lực bé nhất và trung bình nhằm đánh giá nhằm chọn vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn

Xác định đơn vị phụ tải lớn nhất và trung bình nhằm đánh giá mức độ

va đập

Để dựng đồ thị ấy, trớc tiên ta phải xác định các lực tác dụng: lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z và lực li tâm Pk0 do khối lợng m2 gây ra

sự biến thiên của lực quán tính chuyển động tịnh tiến:

Pj = - mj * R * 2 * (cos + cos2).

Cộng hai đồ thị đó lại sẽ đợc sự biến thiên của lực P theo 

Tiếp theo sẽ xác định đợc sự biến thiên của lực tiếp tuyến:

T = và lực pháp tuyến Z = Lực quán tính của khối lợng thanh truyền quy dẫn về tâm đầu to thanh truyền, tác dụng lên bề mặt cổ khuỷu: PR2 = m2* R * 2

Đồ thị vectơ phụ tải tác dụng trên bề mặt chốt khuỷu đợc vẽ với giả thiết rằng trục khuỷu đứng yên còn xi lanh quay với vận tốc trục khuỷu nhng theo chiều ngợc lại Hợp lực Q của các lực tác dụng lên bề mặt chốt khuỷu:

= ++

Từ đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên bề mặt chốt khuỷu ta có thwr triển khai thành đồ thị Qck -  sau đó tính giá trị trung bình Qtb trên cơ sở đó có thể xác

định đợc hệ số va đập của bề mặt tơng tác

3 Tính toán thực tế cho động cơ với các thông số đã cho

a Vẽ đồ thi công P - V

Vs = = = 6.68*10-4 (m3) Dung tích buồng cháy:

Vc = = = 0.835*10-4 (m3) Thể tích của xilanh:

Va = Vs + Vc = 6.68*10-4 + 0.835*10-4 = 7.515*10-4(m3) Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Pc = Pa*n1  n1 = = = 1.23

Pa = 0.8 (KG/cm2) = 0.08 (MPa)

Pc = 12 (KG/cm2) = 1.2 (MPa)

Pb = 3 (KG/cm2) = 0.3 (MPa)

Pz = 48 (KG/cm2) = 4.8 (MPa)

Pr = 1.5 (KG/cm2) = 0.15 (MPa)

Po = 1 (at) = 0.1 (MPa) Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2:

Pb = Pz*()n2 , chọn  = 1

i *V c

i n1

P xn = (MPa) () n2 P xd = P z *() n2 (MPa)

thị công:

Hiệu chỉnh đồ thị công

Tham số kết cấu:  =

Khoảng di chuyển : oo’= R* = = 10.6 (mm

Hiện chỉnh điểm c, : Góc đánh lửa sớm  = 200

Hiện chỉnh điểm c,, : Pc

,,

Dùng đờng tròn bric để hoàn chỉnh đồ thị công

Hiệu chỉnh điểm r, : Góc mở sớm van nạp : 1 =100

a, : Góc đóng muộn van nạp :  2 = 400

r,, : Góc đóng muộn van thải : 4 = 100

b”: Góc mở sớm van thải : 3 = 100

Hiệu chỉnh điểm Z’ : áp suất cực đại của động Pz’ đặt sau điểm chết trên

13o góc quay trục khuỷuyu  z’ = 13o

b Vẽ đồ thị J = J() bằng phơng pháp tô lê

Chọn Mj = 76 (m/s2/mm)

Ta có  = = 0.228

=> 1 -  = 1 - 0.228 = 0.772

=> 1 + = 1 + 0.228 = 1.228

=> Jmax =2 *R*( 1 +) = 565.22 * 52.5 * 10-3 * 1.228 = 20595 (m/s2)

=> AG = = 271

Jtb = -3 * 565.22 * 52.5 * 10-3 * 0.23 = -11471.5 (m/s2)

=> EF = 151 (mm)

Jmin = -2 *R*( 1 - ) = -565.22 * 52.5 * 10-3 * 0.77 = 12947.3 (m/s2)

=> BD = = 170 (mm)

Vẽ đồ thị –J = J()

Từ đồ thị J = J() vừa đợc vẽ bằng phơng pháp tô lê với tỷ lệ xích Mj ta lấy

đối xứng qua trục qua trục AB sẽ đợc đồ thị – J = J() với cùng tỷ lệ xích

Vẽ đồ thị -Pj = P()

đợc đồ thị -Pj = mj với tỷ lệ xích p j = mj Khi đó đồ thị - Pj chính là đồ thị – J vừa vẽ

Ta có mt = mP

t

Diện tích đỉnh pittông: FD = = = 0.64*10-2 (m2)

=> Khối lợng trên 1 đơn vị diện tích đỉnh pittông:

m = = = 210.6 (kg/m2)

=> Tỷ lệ xích của đồ thị Pj = f():

P j= m*j = 231.875 * 69 = 0.016 () -Pjmax = m*jmax = 210.6 * 20595 = 4.375 (MPa)

=> Pjmax = -4.337 (Mpa) -Pjtb = m*jtb =210.6 *(-11471.5) = -2.416 (Mpa)

=> Pjmin = 2.416 (Mpa) -Pjmin = m*jmin =210.6 * (-12947.3) = -2.727 (Mpa)

=> Pjmin = 2.727 (Mpa)

c Khai triển đồ thị

Sử dụng đờng tròn bric để triển khai đồ thị cong và đồ thị Pj = P().

Dựng hệ trục toạ độ P -  của đồ thị khai triển, trục tung biểu thị áp suất,

Khai triển đồ thị cong P - V ta sử dụng hệ trục P -  với trục hoành là phần kéo dài của đờng P0 trên trục đồ thị P - V, trục tung có tỷ xích p =0.012()

Triển khai đồ thị -Pj = P() ta sử dụng hệ trục toạ độ P -  với trục hoành là phần kéo dài của trục AB, trục tung có tỉ lệ xích là p j= 0.039 ()

Đồ thị khai triển đợc biểu diễn trên bản vẽ

d Cộng đồ thị

P -= Pj + P

tung của 2 đồ thị trên, có tỷ lệ xích p =0.026 (), và trục hoành đợc chọn tại vị trí

nh trên bản vẽ với tỷ lệ xích  = 2 (độ/mm)

e Vẽ đồ thị T và Z

T = P*

Z = P* Lập bảng (Trang bên)

380 +0.24 +0.42 +0.1008 +0.913 +0.22

Vẽ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu:

Lực quán tính của khối lợng chuyển động của thanh truyền:

Pk0 =-m2 * R * 2

Trong đó: m2 = = (kg/m3)

=> Pk0 = 180 * 52.5 *10-3 * 565.22 (MPa) Chọn tỷ lệ xích z = 0.032 () và z = 0.032 ()

=> Khoảng dời LPx0 = 94.3 (mm)

Lập bảng(trang bên)

Bảng quan hệ T-Z

f Vẽ đồ thị Q - 

Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên cổ biên ta lập đợc quan hệ Q - , trong đó

Q là lực tổng hợp tác dụng lên cổ biên

= + + = +

Trên đồ thị thì lực tổng hợp đợc xác bằng cách: với góc quay trục khuỷu 

ta xác định đợc điểm Ptt tơng ứng trên đồ thị, sau đó nối điểm Ptt với tâm cổ biên

tại thời điểm ứng với góc quay  của trục khuỷu

Sau khi xác định đợc quan hệ Q -  ta tiến hành xây dựng đợc đồ thị Q- nh trên bản vẽ Căn cứ đồ thị Q -  ta tiến hành xác định Qtb:

Qtb = ; Trong đó Sđt = 50345 (mm2)

L = 360 (mm)

=> Qtb = = 134.85 (mm)

Do đó hệ số va đập:  = = = 1.63

Vậy  = 1.63 <4: thoả mãn

Bảng tính (trang bên)

Bảng quan hệ Q- 

sau đó chia vòng tròn thành 24 phần đều nhau và đợc đánh số thứ tự nh bản vẽ (trang bên)

Tiến hành lập bảng tính tại mỗi điểm với giả thiết phạm vi ảnh hởng của lực tại mỗi điểm là 1200 sang 2 phía, với tỷ lệ xích đợc chọn là Qm=4.64() ta xác

định đợc độ dài các đoạn thẳng biểu diễn giá trị Q tại các điểm chia tơng ứng Sau khi xác định đợc tất cả các điểm trên ta tiến hành nối các điểm đó lại sẽ đợc

đồ thị mài mòn chốt khuỷu

Từ đồ thị mài mòn cho thấy cung T12P là tập hợp các điểm chịu tải nhỏ nhất của chốt khuỷu, nh vậy ta có thể chọn một điểm trong cung này để làm vị trí khoan lỗ đầu